JP2007305746A - Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、具体的には画素部に層内レンズを備える半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element, and more specifically to a method for manufacturing a semiconductor element having an inner lens in a pixel portion.
半導体素子としては、例えば、下記特許文献1又は2に記載のようなCCDなどの固体撮像素子が知られている。固体撮像素子は、半導体基板の画素部にフォトダイオードなどの光電変換部と、光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部とを備え、画素部の表面にはマイクロレンズが形成されている。また、固体撮像素子は、マイクロレンズに集光した光を光電変換部へ確実に受光させて光感度を向上させるために、画素部の層内の所定の膜(例えば、パッシベーション膜)を、光電変換部上の領域がレンズ形状となるように形成された層内レンズとする構成のものがある。
As the semiconductor element, for example, a solid-state imaging element such as a CCD as described in
ところで、CCD等の固体撮像素子の光学層に下凸層内レンズを設ける場合には、下凸層内レンズ層の表面の平坦度を向上させ、若しくは、最上部のマイクロレンズまでの距離を調整するために、エッチバック法を用いて下凸層内レンズの厚さを制御している。このとき、下記のよう不具合が生じることが懸念されている。 By the way, when a lower convex inner lens is provided in the optical layer of a solid-state imaging device such as a CCD, the surface flatness of the lower convex inner lens layer is improved, or the distance to the uppermost microlens is adjusted. In order to achieve this, the thickness of the lower convex in-layer lens is controlled using an etch back method. At this time, there are concerns that the following problems may occur.
図4は、固体撮像素子の製造プロセスの一部を説明するための断面模式図である。図4において、半導体基板1には、金属配線部3が形成された周辺回路部1aと、図示しない光電変換部と電荷転送電極2が形成された画素部1bとが設けられ、画素部1bには層内レンズ層5が形成されている。層内レンズ層5は、周辺回路部1aと画素部1bとを含む半導体基板の表面全体に塗布した後、エッチバック法によって所定の厚さとなるように表面処理される。このとき、層内レンズ層5がエッチバック法によって全体的に薄くなる結果、周辺回路部1aの層内レンズ層5に被服された金属配線部3の上部が露呈してしまい、該金属配線部3に損傷を与えてしまう懸念があった。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the solid-state imaging device. In FIG. 4, the semiconductor substrate 1 is provided with a
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、画素部に層内レンズを形成する際に、周辺回路部の金属配線部を損傷することを防止できる半導体素子の製造方法及び半導体素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor element capable of preventing damage to a metal wiring portion of a peripheral circuit portion when an intralayer lens is formed in a pixel portion. It is to provide a semiconductor device.
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
(1)半導体基板と、前記半導体基板上に、層内レンズを有する画素部と金属配線部を有する周辺回路部とを備えた半導体素子の製造方法であって、前記画素部と前記周辺回路部に絶縁膜を形成して前記金属配線部を覆い、前記絶縁膜上に、前記層内レンズを形成するためのレンズ材料層を積層し、前記レンズ材料層をエッチングするためのレジスト層を形成し、前記レジスト層を硬化させた後、前記レジスト層の前記周辺回路部上に、該レジスト層の厚さが前記画素部側の領域より厚い領域を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
(2)前記レジスト層を硬化させた後で、該レジスト層の前記周辺回路部上の領域に、前記補助レジスト層を積層することを特徴とする上記(1)に記載の半導体素子の製造方法。
(3)前記レジスト層を硬化させた後で、該レジスト層の前記画素部上の領域を現像して前記周辺回路部側の前記レジスト層の厚さより薄くすることを特徴とする上記(1)に記載の半導体素子の製造方法。
(4)半導体基板と、前記半導体基板上に、層内レンズを有する画素部と金属配線部を有する周辺回路部とを備えた半導体素子であって、前記金属配線部を覆うとともに前記画素部と前記周辺回路部に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられ、前記層内レンズを形成するためのレンズ材料層と、を有し、前記レンズ材料層の、前記周辺回路部上の厚さが前記画素部側の厚さより厚いことを特徴とする半導体素子。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a semiconductor substrate; a pixel portion having an intra-layer lens; and a peripheral circuit portion having a metal wiring portion on the semiconductor substrate, wherein the pixel portion and the peripheral circuit portion An insulating film is formed to cover the metal wiring portion, a lens material layer for forming the inner lens is laminated on the insulating film, and a resist layer for etching the lens material layer is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: curing a resist layer; and forming a region of the resist layer thicker than a region on the pixel portion side on the peripheral circuit portion of the resist layer. .
(2) The method for manufacturing a semiconductor element according to (1), wherein after the resist layer is cured, the auxiliary resist layer is laminated in a region on the peripheral circuit portion of the resist layer. .
(3) The method according to (1), wherein after the resist layer is cured, a region on the pixel portion of the resist layer is developed to be thinner than the thickness of the resist layer on the peripheral circuit portion side. The manufacturing method of the semiconductor element of description.
(4) A semiconductor element comprising a semiconductor substrate, and a pixel portion having an intra-layer lens and a peripheral circuit portion having a metal wiring portion on the semiconductor substrate, the semiconductor element covering the metal wiring portion and the pixel portion; An insulating film formed on the peripheral circuit portion; and a lens material layer provided on the insulating film for forming the intra-layer lens; and the lens material layer on the peripheral circuit portion A semiconductor element characterized in that the thickness is larger than the thickness on the pixel portion side.
本発明によれば、レンズ材料層を覆うレジスト層が、周辺回路部上の領域を画素部側よりも厚くなるように形成されている。そして、層内レンズを形成する際に、レンズ材料層をエッチバックすると、画素部及び周辺回路部上のレンズ材料層が薄くなるが、周辺回路部上のレジスト層が画素部よりも厚いため、エッチバック後に周辺回路部上に残るレンズ材料層の厚さが、画素部側の厚さよりも厚く残る。このため、周辺回路部においてレンズ材料層の下に形成された金属配線部が露呈してしまうことを防止でき、該金属配線部が損傷することを防止できる。 According to the present invention, the resist layer covering the lens material layer is formed so that the region on the peripheral circuit portion is thicker than the pixel portion side. And when forming the lens in the layer, if the lens material layer is etched back, the lens material layer on the pixel portion and the peripheral circuit portion becomes thin, but the resist layer on the peripheral circuit portion is thicker than the pixel portion, The thickness of the lens material layer remaining on the peripheral circuit portion after the etch back remains thicker than the thickness on the pixel portion side. For this reason, it can prevent that the metal wiring part formed under the lens material layer in the peripheral circuit part is exposed, and can prevent the metal wiring part from being damaged.
本発明によれば、画素部に層内レンズを形成する際に、周辺回路部の金属配線部を損傷することを防止できる半導体素子の製造方法及び半導体素子を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when forming an intralayer lens in a pixel part, the manufacturing method and semiconductor element of a semiconductor element which can prevent damaging the metal wiring part of a peripheral circuit part can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図1,2は、本発明にかかる半導体素子の製造方法の第1実施形態の手順を説明する断面図である。以下の実施形態では、半導体素子として固体撮像素子を例に説明するが、半導体素子は固体撮像素子に限定されず、例えば、CMOS型イメージセンサなどにも適用することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 are cross-sectional views illustrating the procedure of the first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. In the following embodiments, a solid-state image sensor is described as an example of a semiconductor element. However, the semiconductor element is not limited to a solid-state image sensor, and can be applied to, for example, a CMOS image sensor.
本実施形態の固体撮像素子は、イオンドーピングにより不純物領域が形成されたシリコンなどからなる半導体基板10を有し、半導体基板10に、図示しないフォトダイオードなどの光電変換部と、光電変換部で生じた電荷を転送するための電荷転送領域が形成されている。
The solid-state imaging device of this embodiment includes a
半導体基板には、金属配線部が形成される領域である周辺回路部11と、画素ごとに光電変換部が形成された画素部21とを有している。
The semiconductor substrate has a
半導体基板の表面には、図示しないが、ゲート絶縁膜が形成されている。例えば、ゲート絶縁膜は、酸化膜と窒化膜と酸化膜とを順次に成膜した3層構造とすることができる。 Although not shown, a gate insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate. For example, the gate insulating film can have a three-layer structure in which an oxide film, a nitride film, and an oxide film are sequentially formed.
図1(a)に示すように、半導体基板10の、周辺回路部11及び画素部21にポリシリコンなどからなる電荷転送電極12が形成される。また、周辺回路部11には、電荷転送電極12上に図示しない絶縁膜を介してアルミニウムなどからなる金属配線部13が形成される。
As shown in FIG. 1A,
図1(b)に示すように、周辺回路部11及び画素部21上に、BPSG膜など透明な絶縁膜14を形成、熱処理(リフロー処理)を行うことで、絶縁膜14の表面をなだらかにする。
As shown in FIG. 1B, a transparent
図1(c)に示すように、絶縁膜14にリフロー処理を行った後、この絶縁膜14上に層内レンズを形成するためのレンズ材料層15を積層する。本実施形態では、画素部21の光電変換部上に層内レンズの下凸形状を有するレンズ部が位置するように構成される。
As shown in FIG. 1C, after a reflow process is performed on the
図1(d)に示すように、レンズ材料層15を積層した後、該レンズ材料層15上にエッチバック用のポジ型のレジスト層16を塗布する。そして、レジスト層16にプリベーク処理を行う。
As shown in FIG. 1D, after the
プリベーク処理は、レジスト層16を硬化させる工程であり、具体的には、従来では90℃〜110℃程度であるのに対し、180℃〜230℃の高温のプリベーク処理を行うことで、レジスト層16を硬化させる。また、レジスト層16を硬化させる手段としては、プリベーク処理に限定されず、紫外線照射装置を使用して紫外線エネルギーによりレジスト層16に含まれる熱効果成分を硬化させてもよい。
The pre-baking process is a step of curing the
次に、図2(a)及び2(b)に示すように、本実施形態では、硬化したレジスト層16の、周辺回路部11上の領域に補助レジスト層18を積層する。補助レジスト層18を形成する際には、画素部21の領域に補助レジスト層18を形成しないように、フォトリソグラフィ工程においてパターニングされたマスクによって露光し、現像する。このとき、露光装置は、補助レジスト層18の感光機構に合っていれば、特に限定されない。
Next, as shown in FIGS. 2A and 2B, in this embodiment, an
図2(c)に示すように、レジスト層16及び補助レジスト層18を形成した状態で、エッチバック処理を行う。すると、エッチバックによって、周辺回路部11及び画素部21を覆うレンズ材料層15が均一に薄くなるものの、周辺回路部11ではレジスト層16の上に更に補助レジスト層18を形成しているため、周辺回路部11において、レンズ材料層15を、画素部21上のレンズ材料層21より厚く残すことができ、このとき、金属配線部13がレンズ材料層15から露呈してしまうことを防止できる。
As shown in FIG. 2C, an etch back process is performed with the
また、本実施形態の製造方法によって得られる固体撮像素子は、レンズ材料層15の、周辺回路部11上の厚さが画素部21側の厚さよりも厚くなるように形成することができる。
Further, the solid-state imaging device obtained by the manufacturing method of the present embodiment can be formed such that the thickness of the
本実施形態の製造方法によれば、レンズ材料層15を覆うレジスト層16が、周辺回路部11上の領域を画素部21側よりも厚くなるように形成されている。そして、層内レンズを形成する際に、レンズ材料層15をエッチバックすると、画素部21及び周辺回路部11上のレンズ材料層15が薄くなるが、周辺回路部11上のレジスト層16が補充レジスト層18の分だけ画素部21よりも厚いため、エッチバック後に周辺回路部11上に残るレンズ材料層15の厚さが、画素部21側の厚さよりも厚く残る。このため、周辺回路部11においてレンズ材料層15の下に形成された金属配線部13が露呈してしまうことを防止でき、該金属配線部13が損傷することを防止できる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, the
本実施形態では、レジスト層16の、周辺回路部11上の領域に更に補助レジスト層18を積層する工程を行ったが、実質的に、レジスト層の周辺回路部11上に、該レジスト層の厚さを画素部21より厚くすることができれば、以下の実施形態に説明するように他の手段を用いてもよい。
In the present embodiment, the step of further laminating the auxiliary resist
次に、本発明にかかる第2実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described. In the embodiments described below, members having the same configuration / action as those already described are denoted by the same or corresponding reference numerals in the drawings, and description thereof is simplified or omitted.
図3は、本発明にかかる半導体素子の製造方法の第2実施形態の手順を説明する断面図である。本実施形態において、半導体基板10の、周辺回路部11及び画素部21の上に絶縁膜14と、レンズ材料層15とを形成する手順は、上記実施形態と同じであるため、説明を省略する。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the procedure of the second embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. In this embodiment, the procedure for forming the insulating
図3(a)に示すように、レンズ材料層15の上に、800nm〜2400nmの厚さで、レンズ材料層15をエッチバックするためのポジ型のレジスト層27を形成する。なお、従来の塗布されるレジスト層の厚さは、400〜1200nmである。ここで、フォトレジストはi線露光又はg線露光に対応する材料とする。
As shown in FIG. 3A, a positive resist
次に、レジスト層27にプリベーク処理を行い、硬化させる。プリベーク処理は、上記実施形態と同様に行うことができ、具体的には、従来では90℃〜110℃程度であるのに対し、180℃〜230℃の高温のプリベーク処理を行うことで、レジスト層27を硬化させる。
Next, the resist
本実施形態では、図3(b)に示すように、レジスト層27の、画素部21上における領域27bを露光領域とするフォトマスクを用いて、この画素部21上の領域27bのみを露光し、PEB(露光後のベーク処理)、現像処理を行う。露光光源は、i線又はg線であり、露光エネルギーは、Eth(現像液に溶解するフォトレジスト残膜がちょうど0となる露光エネルギー)未満に設定する。このように、露光エネルギーをEth未満とすることで、現像後にレジスト層27の残膜の厚さを調整することができる。一般に、Eth以下の現像速度、とりわけ現像開始直後の現像速度は速く、制御することが困難であるが、プリベーク温度は通常より高い温度に制御し、また、PEB温度は通常より低い温度に制御することで、現像液溶解速度を著しく低下させ、制御性を向上させることができる。なお、露光する領域のパターンは、厳密である必要がなく、ラフなものでもよいため、障害とはならない。また、現像液は、任意の濃度のTMAH水溶液を使用し、現像時間を30〜90秒とする。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3B, only the
このように、現像処理されたレジスト層27は、周辺回路部11上の領域27aが、画素部21上の領域27bより厚く残されるため、エッチバックからの保護に十分な厚さを保ちつつ、画素部21はエッチバック材として必要な所望のレジスト厚みとすることができる。このため、図3(c)に示すように、周辺回路部11の金属配線部13がレンズ材料層15から露呈することを防止することができる。
As described above, the developed resist
本発明の半導体素子の製造方法によれば、画素部と周辺回路部との設計上の理由による工程の相違にかかわらず、周辺回路部に影響を及ぼすことなく画素部にエッチバックを行うことができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to etch back a pixel portion without affecting the peripheral circuit portion, regardless of the difference in process due to design reasons between the pixel portion and the peripheral circuit portion. it can.
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、上記実施形態のような下凸型の層内レンズの形成プロセスに限定されず、エッチバックのプロセスを用いてて周辺回路部の保護を必要とする構成の半導体素子に応用することができる。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A suitable deformation | transformation, improvement, etc. are possible.
For example, the present invention is not limited to the process of forming a downward convex in-layer lens as in the above embodiment, and can be applied to a semiconductor element having a configuration that requires protection of the peripheral circuit portion using an etch back process. .
10 半導体基板
11 周辺回路部
13 金属配線部
15 レンズ材料層
16,27 (エッチバック用の)レジスト層
21 画素部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記画素部と前記周辺回路部に絶縁膜を形成して前記金属配線部を覆い、前記絶縁膜上に、前記層内レンズを形成するためのレンズ材料層を積層し、前記レンズ材料層をエッチングするためのレジスト層を形成し、前記レジスト層を硬化させた後、前記レジスト層の前記周辺回路部上に、該レジスト層の厚さが前記画素部側の領域より厚い領域を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor substrate, and a pixel portion having an inner lens and a peripheral circuit portion having a metal wiring portion on the semiconductor substrate,
An insulating film is formed on the pixel portion and the peripheral circuit portion to cover the metal wiring portion, a lens material layer for forming the intra-layer lens is laminated on the insulating film, and the lens material layer is etched. Forming a resist layer for curing, and curing the resist layer, and then forming a region where the thickness of the resist layer is thicker than the region on the pixel portion side on the peripheral circuit portion of the resist layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記金属配線部を覆うとともに前記画素部と前記周辺回路部に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられ、前記層内レンズを形成するためのレンズ材料層と、を有し、
前記レンズ材料層の、前記周辺回路部上の厚さが前記画素部側の厚さより厚いことを特徴とする半導体素子。 A semiconductor element comprising a semiconductor substrate, and a pixel portion having an inner lens and a peripheral circuit portion having a metal wiring portion on the semiconductor substrate,
An insulating film covering the metal wiring portion and formed in the pixel portion and the peripheral circuit portion;
A lens material layer provided on the insulating film for forming the in-layer lens;
A semiconductor element, wherein a thickness of the lens material layer on the peripheral circuit portion is larger than a thickness on the pixel portion side.
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